Tacoma大橋坍塌罪魁馮

1、 Tacoma大橋坍塌禍?zhǔn)遵T卡爾曼渦脫1一條爆炸新聞1940年11月8日美國華盛頓州的塔科馬新聞?wù)搲疶acomaNewsTribune）刊登了一則轟動一時的爆炸新聞，大字標(biāo)題“海峽大橋坍塌”。NARROWSBRIDGECOUAPSESTie圖11940年11月8日美國華盛頓州的塔科馬新聞?wù)搲═acomaNewsTribune）的新聞標(biāo)題塔科馬大橋的坍塌，在人們心中的陰影久久不能抹去。至今成為物理學(xué)、力學(xué)、建筑學(xué)的經(jīng)典案例，在教科書中頻頻現(xiàn)身。作為力學(xué)和工程的課題仍然是極有價值的研究對象。翻翻網(wǎng)頁，討論、引述、研究的文章成千上萬，居然成為一項“宏”資源。但是，作為物理教學(xué)的資源，感覺需要深入進(jìn)

2、行定性半定量的討論。2大橋坍塌的情景描述圖21939年畫家筆下的塔科馬大橋（1）當(dāng)年世界第三大橋塔科馬大橋（也稱塔科馬海峽大橋，TacomaNarrowBridge）是一座跨海懸索橋,姿態(tài)苗條，造型優(yōu)美，號稱當(dāng)時世界第三。大橋于1940年7月1日建成通車。塔科馬大橋坐落在美國華盛頓州西部塔科馬市，從塔科馬峽谷到吉格港（GigHarbor），全長5939英尺（約1810.56米），主跨度853.4米，橋?qū)?1.9米，工程耗資640萬美元，外號“飛馳蓋地（GallopingGertie）”。圖2是兩位畫家于1939年根據(jù)工程設(shè)計方案畫的塔科馬大橋情景圖，一展線條優(yōu)美，姿態(tài)雄偉的風(fēng)采。圖3塔科馬大橋

3、坍塌時的慘狀（2）坍塌經(jīng)過大橋通車之前，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)遇風(fēng)搖晃的現(xiàn)象，因此通車后一直有專業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)測。1940年11月7日上午，7:30測量到風(fēng)速38英里/小時（約61公里/小時），到了9:30風(fēng)速達(dá)到42英里/小時美國的臺風(fēng)警報規(guī)定：熱帶低壓-風(fēng)速33節(jié)（約16.538英里/小時）；熱帶風(fēng)暴-風(fēng)速為3463節(jié)（1732米/秒，3973英里/小時）；颶風(fēng)或臺風(fēng)風(fēng)速為64節(jié)（約3233米/秒，74英里/小時）或以上。所以，一般將塔科馬大橋遇到的風(fēng)速為42英里/小時的風(fēng)為比較溫和而不大的風(fēng)。（約68公里/小時）。引起大橋波浪形的有節(jié)奏的起伏，有人目睹為9個起伏。10:03突然大橋主跨的半跨路面一側(cè)被

4、掀起來，引起側(cè)向激烈的扭動，另半跨隨后也跟著扭動（注意：這時候大橋運動發(fā)生實質(zhì)性的變化）。10:07扭動大到半跨路面的一側(cè)翹起達(dá)28英尺（約8.5米），傾斜45。10:30大橋西邊半跨大塊混凝土開始墜落，11:02大橋東邊半跨橋面下墜，11:08大橋最后一部分掉進(jìn)大海。圖3就是塔科馬大橋墜毀當(dāng)時的慘象。這幅照片是大橋主跨第一片混凝土墜落后幾分鐘拍攝的，可以從圖中看到600英尺（約123米）長的大橋片段正在往下掉。圖的左上方還可以看到一輛束手無策的小汽車。（3）橋上最后一個男人塔科馬大橋通車后，大橋在風(fēng)吹之下，發(fā)生搖晃，誰知這種搖晃卻成了一道“風(fēng)景線”，人們紛紛前來目睹，通車后的進(jìn)四個月見，居然

5、“生意紅火”。但是有些專家始終存在擔(dān)心，因此大橋處于經(jīng)常監(jiān)測之中。1940年11月7日，上午10時，大橋監(jiān)測專家發(fā)現(xiàn)情況有異常，及時警報，塔科馬警方采取措施，封閉了大橋交通。因此大橋坍塌沒有引起人員傷亡。它的巨大損失號稱為“三個一”，毀了一座橋，掉下一輛車，死了一條狗。圖4塔科馬新聞?wù)搲浾呃飱W納德科茨沃斯（LeonardCoatsworth）被戲稱是“橋上最后一個男人”大橋墜毀過程開始時，只有塔科馬新聞?wù)搲浾呃飱W納德科茨沃斯（LeonardCoatsworth）人駕車在橋上，車上還有一條名叫“兔比”的黑毛狗，科茨沃斯拋車棄狗逃生，被戲稱是“橋上最后一個男人”。科茨沃斯惶恐地描述當(dāng)時的恐怖情

6、景：“當(dāng)我剛駕車駛過塔橋時，大橋開始來回劇烈晃動。當(dāng)我意識到時，大橋已經(jīng)嚴(yán)重傾斜，我失去了對車的控制。此時我馬上剎車并棄車逃離。我耳邊充斥著混凝土撕裂的聲音。而汽車在路面上來回滑動。大部分的時候我靠手和膝蓋爬行，我爬到500碼（約450米）外的大橋支撐梁。我呼吸急促，膝蓋都磨破流血了，雙手上滿是瘀傷。最后我使出最后的力氣跳到了安全地帶，在收費口回頭望去，我看到大橋徹底被摧毀的一幕，我的車也隨著大橋一起墜入了海峽。”科茨沃斯說：“我今天看到海峽大橋死了，承蒙上帝保佑，我逃脫了死亡。”（4）珍貴的電影資料一直以來，影響人們高度關(guān)注塔科馬大橋的原因，是真實記錄大橋坍塌的影視片段。對于流傳了近70年的

7、珍貴影視片段是如何拍攝的呢？有人說是好萊塢電影攝制組偶然遇上拍攝的，也有人說專家們特請攝影師候個正著拍到的。圖5塔科馬一位照相機商店埃利歐特（BarneyElliott）在現(xiàn)場拍攝的影片事實上，塔科馬當(dāng)?shù)兀幸晃徽障鄼C商店的小老板，名叫巴尼埃利歐特（BarneyElliott），平時愛好拍攝橋梁、建筑。大橋坍塌當(dāng)天，埃利歐特從一位橋梁工程師那里得到塔科馬大橋快要坍塌的消息，立即和朋友哈賓門羅（HarbineMonroe）帶著16毫米攝影機，趕到大橋現(xiàn)場，從幾個角度，拍攝記錄了橋梁從開始振動到最后毀壞、坍塌的全過程。原片是彩色片，后來轉(zhuǎn)成35毫米，變成黑白片，作為新聞影片在電影院播放。這個影片成

8、為美國聯(lián)邦公路局調(diào)查事故原因的珍貴資料。人們在調(diào)查這一事故收集歷史資料時，驚異地發(fā)現(xiàn)：從1818年到19世紀(jì)末，由風(fēng)引起的橋梁振動至少毀壞了11座懸索橋。這段珍貴的電影膠片對工程學(xué)、建筑學(xué)和物理學(xué)的研究和學(xué)習(xí)不僅起著警示的作用，而且對橋梁結(jié)構(gòu)、力學(xué)、物理學(xué)研究具有重大價值。3大橋扭振的物理描述（1）大橋結(jié)構(gòu)塔科馬大橋全長5939英尺（約1810.56米），主跨度，機大橋兩個支撐橋塔之間的長度2800英尺（約853.4米），橋?qū)?9英尺（約11.9米），橋邊墻裙深塔科馬大橋的結(jié)構(gòu)中很重要的特點是加勁梁沒有采用桁架結(jié)構(gòu)，而是采用鋼板梁，大橋重量得以減輕許多。橋邊墻裙采用實心鋼板。兩邊墻裙與橋面構(gòu)成

9、H形結(jié)構(gòu)。大橋邊緣的鈍形結(jié)構(gòu)，成了擋風(fēng)的墻，為在一定條件下形成馮卡爾曼渦脫準(zhǔn)備了空間物理條件。再一個特點就是塔科馬大橋跨寬比為1:72，與同類大橋相比大橋，例如1935年建成的喬治華盛頓大橋跨寬比為1:33，1937年建成的金門大橋為1:47，1939年建成的布朗克斯白石大橋為1:31?？梢娝岂R大橋的橋面過于狹窄。這點幾乎就是塔科馬大橋的命門。（2）大橋的扭振模式1940年11月7日，上午7：00，觀察到一陣風(fēng)速為38英里/小時（約17.2m/s）的風(fēng)，這陣風(fēng)不算很大，卻激發(fā)起大橋橫向振動模式，近似于正弦波形，振幅1.5英尺（約0.45m）,持續(xù)了3個多小時。這時，振動是有節(jié)奏的，也是平穩(wěn)的

10、。ZZZZZZZZZZh文轉(zhuǎn)塔圖7塔科馬大橋在38英里/小時風(fēng)速的振動模式根據(jù)觀察分析，當(dāng)時大橋主跨以36次/分的振動頻率振動，即0.6Hz，橋面橫向扭曲成9段。見圖7。這時的實際場景是大橋一邊的人可以看到大橋另一邊的起伏景象，這種起伏呈周期性，具有正弦型特征。見圖8。圖8這是9:00以前大橋呈正弦型波動的場景，可以看到橋面上汽車正在“波動”下去9:30時，風(fēng)速增大到約42英里/小時（約19m/s），中部懸掛纜激烈晃動，形成載荷失衡，大橋發(fā)生頻率為14次/分，即0.2Hz扭振模式。大橋像麻花一樣扭振，將大橋的主跨分成兩半跨，一半跨按逆時針扭，另一半跨按順時針扭。錨塔科馬尢橋運動14次嗆圖9塔科

11、馬大橋在42英里/小時風(fēng)速的扭振模式由于大橋路面的彈性應(yīng)力，兩個半跨扭到一定程度，就反彈回來，原來按逆時針扭的半跨向順時針扭，原來按順時針扭的另半跨向逆時針扭。這樣往復(fù)交替進(jìn)行。主跨兩半中間有一條線，就是“節(jié)線”，沿著這條節(jié)線沒有任何扭轉(zhuǎn)發(fā)生。隨著持續(xù)的風(fēng)吹，跨邊上下翹起的最大幅度越來越大，以指數(shù)狀增大，僅十幾分鐘，振幅就達(dá)到28英尺（8.5米）。大幅度扭振最終導(dǎo)致大橋在震耳欲聾怒吼聲中坍塌。見圖9。這時的實際場景是大橋左邊比大橋右邊高出許多，橋面呈周期性麻花型扭曲，具有扭振型特征，橋面上的汽車正被甩來甩去。見圖10。圖10這是9：30以后大橋呈扭振彎曲的場景，可以看到橋面上主跨左邊比右邊高出

12、許多，4橋面呈麻花型 （3）扭振模式的計算機模擬華中科技大學(xué)李元杰教授利用物理過程模擬寫作平臺模擬出動態(tài)扭振模式，將頻率、波數(shù)等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)后，得到振幅較小的扭振模式圖（見圖11）和振幅較大的扭振模式圖（見圖12）。圖191振幅較小的扭振模式模擬圖12振幅較大的扭振模式模擬（4）大橋建造背后的啟示設(shè)計埋下隱患塔科馬大橋最初設(shè)計計劃將25英尺深（約7.6米）的鋼梁打入路面下方，使大橋路面硬化。這時，著名的金門大橋設(shè)計總顧問莫伊塞夫（LeonMoisseiff）,提出為使大橋更優(yōu)雅，更具觀賞性，建議采用8英尺（約2.4米）深的淺支撐梁，大橋最終采用了莫伊塞夫的設(shè)計方案。這個方案使用的鋼梁變窄，

13、但是路基剛度大為下降，從而埋下了致命的隱患。嚼檸檬和坐過山車盡管大橋設(shè)計抗風(fēng)能力達(dá)到120英里/小時，但是大橋合攏后，只要有4英里/小時的相對溫和的小風(fēng)吹來，大橋主跨就會有輕微的上下起伏(4到5英尺)，以至于正在施工的工人需要咀嚼檸檬來防止大橋波動帶來的眩暈。這種波動是橫向共振現(xiàn)象，沿著橋長方向扭曲，橋面的一端上升，另一端下降。在橋上駕車的司機，可以看到橋的另一端上的汽車隨著橋面的跳動，一會兒消失一會兒又浮現(xiàn)出來的奇觀。當(dāng)?shù)鼐用駪蚍Q塔科馬大橋為“飛馳蓋地”(蓋地是美國最早動畫片中主角恐龍的名字，意味著大橋像一頭跳舞的恐龍)。因此大橋通車后，這種現(xiàn)象竟成一道風(fēng)景線，吸引遠(yuǎn)道而來的人們前往觀賞，甚

14、至感覺到坐過山車味道。的縱向振動問題，即大橋兩邊的扭動。來不及的補救措施但是，這種跳動卻給大多數(shù)開車司機帶來不舒服的感覺。因此，大橋管理部門也采取過捆綁纜繩，安裝液壓緩沖器等措施，通通無濟(jì)于事。而且，設(shè)計師們認(rèn)為這種波動不會引起嚴(yán)重后果，并誤信結(jié)構(gòu)上是安全的。根本沒有想到過大橋驗室模型華盛頓大學(xué)的法庫哈遜(Farquharson)應(yīng)邀在當(dāng)年9月到11月初相繼用風(fēng)洞對8英尺長和54英尺長的大橋模型進(jìn)行實驗測試，研究大橋扭振原因和補救辦法。法庫哈遜從實驗中嗅出大橋扭振的潛在破壞性，提出臨時捆綁纜繩到邊跨，以減少跳動。后來又提出在大橋邊墻裙上挖洞，并在墻裙外安裝一些傾斜的擋板，意圖改變風(fēng)對大橋的嚴(yán)重

15、影響。大橋管理部門草擬方案準(zhǔn)備采取補救施工，但是還來不及補救，大橋就坍塌了。物理啟示根據(jù)目測者描述，和模型實驗分析，大橋振動大體經(jīng)歷兩種振動模式，一種是一般的橫向受迫振動，基本上是正弦型波動。另一種是縱向扭振，振幅在短時間內(nèi)迅速增大，后來有人研究稱振幅按指數(shù)增大，振幅大到超過大橋的扭曲剛度，引起坍塌。所以，后來新建懸索大橋時，必須經(jīng)過風(fēng)洞實驗。4禍?zhǔn)遵T卡爾曼渦街(1)眾說紛紜的驅(qū)動之源塔科馬大橋設(shè)計中存在一些致命的缺陷，相對于主跨長度而言，路基過窄，它的跨寬比是所有大跨度懸索橋中最大的，大橋路基兩邊實心的板狀墻裙和路基材料硬度不夠。因此塔科馬大橋具有兩大根本缺點，實心墻裙成了擋風(fēng)之墻，垂直方向

16、過分柔軟，容易引起扭曲。然而，驅(qū)使塔科馬大橋坍塌的準(zhǔn)確的理論原因，專家們爭論不休，主要看法有三種：隨機湍流簡單說來，早期有人認(rèn)為風(fēng)壓形成一種強迫力，強迫力頻率與大橋的固有頻率相同或相近，產(chǎn)生大尺度振蕩。實際觀察中，大橋的振蕩是穩(wěn)定振蕩，而湍流卻隨時間發(fā)生無規(guī)則變化，難以解釋。周期性渦旋脫落馮卡爾曼認(rèn)為，塔科馬橋的主梁有著鈍頭的H型斷面，和流線型的機翼不同，存在著明顯的渦旋脫落，應(yīng)該用渦激共振機理來解釋。馮卡爾曼1954年在空氣動力學(xué)的發(fā)展一書中分析：塔科馬海峽大橋的毀壞，是由周期性旋渦的共振引起的。20世紀(jì)60年代以來，不少計算和實驗，為馮卡爾曼的分折提供了證據(jù)。但是，實際觀察表明大橋的扭振頻

17、率為0.2Hz,而有的模型計算表明，旋渦脫落頻率為1Hz。頻率的5倍差距，致使渦旋脫落作為理論解釋的主因，不盡滿意?？諝鈩恿Σ环€(wěn)定性引起的自激顫振假定以大橋的半跨進(jìn)行分析,風(fēng)往往不是完全沿水平方向吹向大橋橋面,比如從下往橋面向上吹,形成仰角,下面風(fēng)壓高于上面的氣壓,產(chǎn)生升力,橋面開始順時針扭轉(zhuǎn),迎風(fēng)的前緣向上轉(zhuǎn),后緣向下轉(zhuǎn)。同時橋面的彈性產(chǎn)生應(yīng)力,使橋面反方向扭轉(zhuǎn),而且越過原來位臵。這時,橋面前緣在下,后緣在上,上面風(fēng)壓高于下面的氣壓,產(chǎn)生升力,使橋面開始逆時針扭轉(zhuǎn)。這個過程一再反復(fù),大橋不停地來回振蕩。以至大橋材料疲勞超過極限,最終坍塌。(2)“禍?zhǔn)自诳柭鼫u旋”大橋坍塌后,美國成立了一個大

18、橋事故調(diào)查委員會,世界著名空氣動力學(xué)家,古根海姆航空實驗室主任西奧多馮卡爾曼(TheodorevonKarman)是這個委員會委員。馮卡爾曼對事故進(jìn)行了深入分析，并撰寫了一篇短文塔科瑪海峽大橋的坍塌(CollapseoftheTacomaNarrowsBridge)。文章描述了一些有參考價值的情況。圖15著名的空氣動力學(xué)家馮卡爾曼(TheodorevonKarman，18811963)教授令人震驚的是在大橋已經(jīng)坍塌情況下，官方仍有人認(rèn)為大橋建造沒有問題。當(dāng)晚，馮卡爾曼用橡皮泥捏了一個橋梁模型，放在桌上用電風(fēng)扇平吹，橋梁模型在微風(fēng)下開始搖動，不斷改變風(fēng)速、位臵、角度，發(fā)現(xiàn)在某個特定風(fēng)速下，橋梁模

19、型開始振蕩，呈現(xiàn)不穩(wěn)定性。由此，馮卡爾曼猜測塔科馬災(zāi)難的“禍?zhǔn)自诳柭鼫u旋”。“顯然，大風(fēng)吹到大橋的實心板邊墻上時，氣流會在邊墻后面周期性發(fā)放渦旋，引起大橋振動，最后將大橋發(fā)放到厄運來臨。”1954年在空氣動力學(xué)的發(fā)展一書中再次寫道：塔科瑪海峽大橋的毀壞，是由周期性旋渦的共振引起的。設(shè)計的人想建造一個較便宜的結(jié)構(gòu)，采用了平板來代替桁架作為邊墻。不幸，這些平板引起了渦旋的發(fā)放，使橋身開始扭轉(zhuǎn)振動。這一大橋的破壞現(xiàn)象，是振動與渦旋發(fā)放發(fā)生共振而引起的。(3)馮卡爾曼渦街水流遇到鈍狀物體后的行為研究1911年一次偶然機會，正在哥廷根大學(xué)工作的馮卡爾曼認(rèn)真考慮一個定常的水流遇到圓柱體后流動的行為。馮卡

20、爾曼利用周末時間，用粗略的模型進(jìn)行計算，結(jié)果表明，在恰當(dāng)條件下，圓柱體后會產(chǎn)生會圍繞著原來位臵作微小的環(huán)形路線運動的渦旋。在導(dǎo)師普朗特教授建議下，馮卡爾曼寫下了關(guān)于圓柱體后尾流問題的第一篇論文。接著，他用更復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型繼續(xù)研究，并寫出了第二篇論文，論述“一個所有渦旋都能移動的渦系”在這些研究中馮卡爾曼描述了水流在圓柱體后產(chǎn)生渦旋脫落現(xiàn)象，提出了有關(guān)渦街的理論。馮卡爾曼渦街的物理描述一股流體，如水流以一定常速度流動，遇到圓柱一類的鈍狀物體(非流線型)阻礙，水流被分成兩股繞過圓柱，繼續(xù)向前流，不過在圓柱后面形成一股尾流。尾流的形狀稱為尾跡。調(diào)節(jié)水流的速度和圓柱的大小，尾跡也會呈現(xiàn)不同形狀。在一定

21、的條件下，尾跡會從穩(wěn)定變成不穩(wěn)定。圓柱后面開始有旋轉(zhuǎn)的小水團(tuán)，稱為渦旋，從尾流中脫落出來。有人形容渦旋像貓眼一樣。這種渦旋脫落，也稱為渦脫。圓柱體兩邊的分叉水流都會周期性地脫落出渦旋，一邊一個交替脫落出來，一邊的渦旋順時針方向旋轉(zhuǎn)，另一邊的渦旋逆時針方向旋轉(zhuǎn)，有規(guī)則地排列成圖16水流在圓柱后面兩邊一邊一個發(fā)放渦旋，形成雙排，稱為雙列線渦。兩列線渦分像街燈一樣的兩排“貓眼”，這就是卡爾曼渦街別保持自身的運動前進(jìn)，互相干擾，互相吸引，而且干擾越來越大，形成一連串非線性的渦旋流。由于其形如街道兩邊的路燈，稱為渦街。這個現(xiàn)象首先由馮卡爾曼教授提出，所以稱為馮卡爾曼渦街，也簡稱卡爾曼。可以看到，脫落出來

22、的渦旋，傳送一定距離后，因為水流粘滯性，渦旋的能量逐步消耗，最終消失。渦旋發(fā)放，雖然具有周期性，但是兩邊交替發(fā)放，一邊先發(fā)放一個渦旋，另一邊再發(fā)放一個渦旋。這種不對稱交替發(fā)放，在兩邊造成不對稱壓力分布。顯然，周期性的交替力就能引起物體周期性振動。為了防止渦街帶來的危害，不少工業(yè)、軍事、建筑結(jié)構(gòu)需要在結(jié)構(gòu)尾部像魚一樣“裝”上尾鰭，形成流線型?？柭鼫u街條件流體遇到鈍狀物體阻擋，一定有尾流產(chǎn)生，但不見得一定產(chǎn)生渦旋脫落，形成渦街。顯然，形成渦街的條件一定與流體速度和運動粘滯性有關(guān)，也取決于鈍狀物體的大小和幾何形狀。為了研究這個條件，需要引進(jìn)一個物理量，這就是雷諾數(shù)，符號為Re，量綱為1。Re定義為

23、：其中d阻擋物體的寬度，對于圓柱體就是直徑；相對于阻擋物體的流體速度，對于水流就是水速；流體的動粘滯率。只有大雷諾數(shù)時，才會發(fā)生卡爾曼渦街。大雷諾數(shù)的典型值為90。對于水流、圓柱體的情況，大雷諾數(shù)的范圍為47Re107。捷克物理學(xué)家斯德魯哈爾(VincencStrouhal，1850-1922)曾經(jīng)提出過一個對于圓柱體情況的經(jīng)驗公式，19.7Re丿其中，稱為斯德魯哈爾數(shù)(Strouhalnumber),/是渦脫頻率。當(dāng)雷諾數(shù)在250Re2x105的范圍內(nèi)，這個經(jīng)驗公式與實際符合得非常好。有人根據(jù)這個公式估計塔科馬大橋的渦脫頻率為1Hz。而目測塔科馬大橋扭振頻率為0.2Hz，因而有人對塔科馬大橋

24、坍塌的原因有異議。自然界界的渦街現(xiàn)象胡安費爾南德斯島上的渦街胡安費爾南德斯群島是智利在南太平洋上的國家公園，由馬斯地、塞爾寇克和圣克拉拉等3個島嶼組成。17041709年蘇格蘭水手亞歷山大塞爾寇克因航船擱淺在馬斯地島上只身生活了4年零4個月。據(jù)傳英國作家笛福所寫的魯濱遜飄流記，就取材于馬斯地島。1966年1月20日智利內(nèi)務(wù)部頒布法令，將改名為魯濱遜克魯索島。1999年9月15日美國地球資源衛(wèi)星拍攝的胡安費爾南德斯群島上空云圖，簡直是美妙的渦街。見圖17。圖17美國地球資源衛(wèi)星于1999年9月15日拍攝的胡安費爾南德斯島上空云圖塞爾寇克島直徑1500米，海拔1600米高聳入云（達(dá)海上層積云），好

25、比圓柱擋風(fēng)。大范圍上空有從南向北，吹向赤道方向的風(fēng)，云流在島的東邊緣發(fā)放右旋的渦旋，在島的西邊緣發(fā)放左旋的渦旋，周期性地發(fā)放，一直被平流輸送數(shù)百公里，構(gòu)成自然界的卡爾曼渦街。這個渦街的長度是實驗室里形成的渦街的長度的1萬倍。大氣在大范圍傳送中形成的巨型渦街，猶如夢幻般的分形奇觀。日本利尻島上的渦街美國國家航空航天局（NASA）于2001年4月30日在日本利尻島附近海面上空拍攝到的渦街，與胡安費爾南德斯島上渦街空云圖異曲同工。圖182001年4月30日在日本利尻島附近海面上空拍攝到的渦街（4）旋脫落形成垂直驅(qū)動美麗的渦街卻是大橋的禍害。塔科馬大橋橋面和梁構(gòu)成H型幾何外形。橋邊實心板狀墻裙就是鈍狀阻礙物，風(fēng)吹到橋邊時遇到板狀墻裙，氣流流過板墻被分成兩股，分別在橋的上下兩個半H后面形成尾流。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到42英里/小時（約19m/s）時，雷諾數(shù)超過100。這個尾流中渦旋開始脫落，由于橋面上下兩邊墻裙高度不一樣，因此兩邊脫落的渦旋大小、速度不一樣，在橋面兩邊產(chǎn)生壓力差。圖19是大橋渦旋脫落的計算機模擬示意圖。紅色表示渦旋壓力大，黃色表示渦旋壓力小。（a）表示渦脫開始時，紅色渦旋在大